高频变压器计算步骤

高频变压器计算(CCM 模式)反激式DC/DC变换电路电路基本参数:Vo1=15V Io1=0.4AVo2=-10V Io2=0.4AVs=15V(范围 10V20V)Po=10W设定参数:1. 电路工作频率(根据UC3843的特性，初步确定为50KHZ),电路效率为G = 75%2. 反激式变换器的工作模式 CCM3. 占空比确定(Dmax=0.4)4. 磁芯选型(EE型)设计步骤(1) 选择磁芯大小Pin = Po/G=10/0.75=13.3W(查表),选择 EE19 磁芯(2) 计算导通时间Dmax=0.4，工作频率 fs=50KHzton=8us(3) 选择工作时的磁通密度根据所选择的磁芯EE19(PC40材料)Ae=22mm2,Bmax=0.22T(4) 计算原边匝数Np=(Vs *to n)/(Bmax *Ae) = (10 *8)/(0.22 *22) = 16.52,取整 16(5) 计算副边绕组以输出电压为15V为例进行计算，设整流二极管及绕组的压降为1V15+1=16V原边绕组每匝伏数=Vs/Np=10/16 = 0.625V/匝副边绕组匝数Ns1 = 16/0.625 = 25.6,取整26(6) 计算选定匝数下的占空比;辅助输出绕组匝数新的每匝的反激电压为：16/26=0.615Vton=(Ts*0.615)/(0.625+0.615)=9.92us占空比 D = 9.92/20 = 0.496对于10V直流输出，考虑绕组及二极管压降1V后为11VNs2=11/0.615=17.88,取整 17(7) 初级电感,气隙的计算在周期Ts内的平均输入电流Is=Pin/Vs=13.3/10=1.33A导通时间内相应的平均值为 Iave=(Is*Ts)/ton=1.33*20/9.92=2.68A 开关管导通前的电流值 Ip1=Iave/2=2.68/2=1.34A开关管关闭前的电流值 Ip2=3Ip1=1.34*3=4.02A初级电感量 Lp=Vs*&t/&i=10*9.92/2.68=37.01uH气隙长度 Lg = (uO*Np人2*Ae)/Lp=0.19mm(8)检测磁芯磁通密度和饱和区间 计算磁心饱和边界.计算交流磁通产生的磁感应强度变化幅值: Bac=(Vs*ton)/(Ae*Np)=(10*9.92)/(16*22)=0.282T 使用磁感应强度与直流电有关的关系式计算直流成分 Bdc 假设磁芯所有的磁阻都集中在气隙中 ,显然作为一个比较保守的结果 ,可求得一个较高的直流磁 感应强度.此近似值允许使用一个简单的公式Bdc=u*H=u0*Np*Ip1/(Lg*0.001)=0.142T 交流和直流磁感应强度之和得到磁感应强度最大值为Bmax=ABac/2+Bdc=0.141+0.142 = 0.283Tv0.39T(9)选择导线 初级电流有效值为:Krp=0.667Irms=Ip *sqr(Dmax *( Krp人2 *1/3-Krp+1)= 1.96A,选取电流密度为 4A/mm2则导线线径为:D=1.13(I/J)人1/2 = 0.792mm选择 AWG20 导线注:由于高频电流在导体中会有趋肤效应 ,所以在确定线经时还要计算不同频率时导体的穿透深度.公式:d = 66.1/(f)人1/2.如果计算出的线径D大于两倍的穿透深度，就需要采用多股线或利 兹线考虑集肤效应, d = 66.1/(f)人1/2=66.1/50000人1/2 = 0.296mm,2 *d = 0.592mmv0.792mm 则初级导线需要采用多股线并绕AWG20 导 线 的 截 面 积 为 Sc=0.606mm2, 采 用 AWG23 导 线 双 股 并 绕 截 面 积Sc=0.3135*2=0.627mm20.606mm2 15V 次级输出电流峰值为:Isp1=(Ip*Np/Ns1)*(Po1/Po)=1.484A有效值为 Isrms1=Isp1 *sqr(1-Dmax)*(Krp人2*1/3-Krp+1) = 0.731A 则导线线径为:D=1.13(I/J)人1/2 = 0.483mm选择 AWG25 导线 -10V 次级输出电流峰值为:Isp2=(Ip*Np/Ns2)*(Po2/Po)=1.513A有效值为 Isrms2=Isp2*sqr(1-Dmax)*(Krp人2*1/3-Krp+1) = 0.745 A 则导线线径为:D=1.13(I/J)人1/2 = 0.487mm选择 AWG25 导线 磁芯及骨架分别采用TDK公司的PC40EE19-Z,BE19-118CPHFR 高频变压器计算(DCM模式)电路基本参数:Vo1=15V Io1=0.4AVo2=-10V Io2=0.4AVi n = 15V(范围 10V20V)Po=10W设定参数:1. 电路工作频率(根据UC3843的特性，初步确定为50KHZ),电路效率为G = 75%2. 反激式变换器的工作模式DCM3. 占空比确定(Dmax=0.4)4. 磁芯选型(EE型)设计步骤: 先选定一个工作点(即最小输入电压,最大占空比的情况):(1) 初级峰值电流Ip=2 Po/(G*Vinmin*Dmax)=2*10/(0.75*10*0.4)=6.67A(2) 初级电感量Lp=Dmax * Vi nmin /fs* Ip=0.012mH(3) 选择TDK的铁氧体磁芯PC40其温升100摄氏度时饱和磁通密度为390mT,取工作Bmax为220mT AeAw=(Lp* Ip22 * 104/Bw*K0 *Kj)1.14其中 Bw=0.22,K0=0.4;Kj=395A/cm2 ;计算得 AeAw=0.118选择 PC40EE19 的磁芯，其 AeAw=0.22*0.054=0.119cm40.118cm4(4) 计算气隙Lg = 0.4刀 * Lp* Ip2/Ae *Bmax2 =0.63mm(5) 变压器初级匝数Np=(Lp*Ip)*104/(Ae*Bmax)=16.54 匝,取整 16 匝.(6) 变压器次级匝数设次级二极管压降及绕线压降为 Vd=1V15V 次级绕组匝数 Ns1 = Np(Vo1+Vd)(1-Dmax)/(Vmin*Dmax) = 38.4,取整 38 匝. -10V 次级绕组匝数 Ns2= Np(Vo2+Vd)(1-Dmax)/(Vmin*Dmax) = 26.4,取整 26 匝.(7) 导线线径的选择断续模式下Krp=1,选择电流密度为4A/mm2初级有效电流 Irms=Ip*sqr(Dmax*(Krp人2*1/3-Krp+1)= Ip*sqr (Dmax/3) = 2.44A 可以得原边导线直径 d=1.13*sqr(Irms/J)=1.13*sqr(2.44/4)=0.882mm选择AWG20#线注:由于高频电流在导体中会有趋肤效应 ,所以在确定线经时还要计算不同频率时导体的穿透深度.公式:d = 66.1/(f)人1/2.如果计算出的线径D大于两倍的穿透深度，就需要采用多股线或利 兹线考虑集肤效应, d = 66.1/(f)人1/2=66.1/50000人1/2 = 0.296mm,2 *d = 0.592mmv0.882mm 则初级导线需要采用多股线并绕AWG20导线的截面积为Sc=0.606mm2,采用AWG23导线双股并绕截面积 Sc=0.3135*2=0.627mm20.606mm215V 次级峰值电流Isp1=(Ip*Np/Ns1)*(Po1/Po)=1.685A有效值为Isrms1=Isp1 *sqr(1-Dmax) *(Krp人2 *1/3-Krp+1) =(1-Dmax)/3)=0.753A则导线线径为:D=1.13(Isrms1/J)人1/2 = 0.490mm选择 AWG25 导线-10V 次级峰值电流Isp2=(Ip*Np/Ns2)*(Po2/Po)=1.642A有效值为Isrms2=Isp2 *sqr(1-Dmax) *(Krp人2 *1/3-Krp+1) =(1-Dmax)/3)=0.734A则导线线径为:D=1.13(Isrms2/J)人1/2 = 0.484mm选择 AWG25 导线Isp1*sqrIsp2*sqr 磁芯及骨架分别采用TDK公司的PC40EE19-Z,BE19-118CPHFR